專利名稱：用于智能變電站的就地化變壓器保護系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電力工程領域的繼電保護自動化領域，涉及智能變電站的就地化變壓器保護的設計方法。
背景技術：
在傳統(tǒng)變電站中，傳統(tǒng)變壓器保護通過長電纜將變壓器各側模擬量(電流和電壓量)和開關量引入到變壓器保護裝置中，由變壓器保護裝置完成模擬量到數(shù)字量的轉換，并進行邏輯判別。這種做法帶來的問題有I、占地面積大。需要建設主控室放置變壓器保護裝置，占用了大量的土地，在土地 資源日益緊張的情況下，占用的投資也越來越大。2、保護可靠性受二次電纜的影響。常規(guī)變電站中，由于二次電纜容易遭受電磁干擾和一次設備傳輸過電壓引起二次設備運行異常。除此之外，二次回路的多點接地和耦合電容的干擾也可能導致繼電保護裝置誤動作。據(jù)國家電力調度中心的統(tǒng)計，因二次電纜問題引起的保護不正確動作占故障總數(shù)的4成，二次電纜實際上構成了變電站安全運行的主要隱患。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的問題是實現(xiàn)變壓器保護的就地化設計，滿足智能變電站的發(fā)展要求。為完成上述任務，本發(fā)明的技術方案是用于智能變電站的就地化變壓器保護系統(tǒng)，變壓器各側均對應設有邏輯單元，各邏輯單元分別對應放置在各側的開關柜中，各邏輯單元之間通過光纖互相連接；各邏輯單元分別用于完成對應側的一次數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)交互和后備保護邏輯判別的功能。所述變壓器各側包括高壓側，中壓側和低壓側。本發(fā)明屬于電力工程領域的智能變電站繼電保護自動化領域，涉及智能變電站中就地化的變壓器保護設計方法。在智能變電站中，取消主控室，保護就地化放置是發(fā)展的潮流。對于變壓器保護而言，由于需要采集變壓器各側的模擬量及開關量，傳統(tǒng)上的變壓器保護將各側的模擬量及開關量通過長電纜引入到集中放置的變壓器保護裝置中。這種實現(xiàn)方法不能應用于智能變電站中。因此，必須針對智能變電站的特點和要求，提出相應的變壓器保護設計方案。本發(fā)明利用通訊網絡技術，提出了對應的網絡數(shù)據(jù)傳輸方案，巧妙的解決了就地化安裝的變壓器保護實現(xiàn)方案的關鍵技術問題。并通過冗余設計，在識別出通訊網絡故障后，發(fā)出告警信息的同時，能通過網絡切換技術自愈，維持保護的正常運行，解決了通訊網絡故障影響變壓器保護可靠運行的問題。利用網絡通訊技術，實現(xiàn)了變壓器保護的就地化放置，并通過軟件算法巧妙地解決了數(shù)據(jù)同步問題，不依賴外部的同步脈沖。同時，通過冗余技術，解決了通訊鏈路故障導致系統(tǒng)被閉鎖的問題，有效地提高了差動保護的可靠性，應用價值極高。


圖I是就地化變壓器保護邏輯單元配置圖；圖2是就地化變壓器保護邏輯單元光纖通道連接圖；圖3是同步調整計算不意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明做進一步詳細的說明。隨著IEC-61850標準頒布，網絡通信技術的發(fā)展，智能變電站的建設越來越快。在智能變電站中，采集單元下放是發(fā)展的趨勢。采集單元下放后，由于裝置上電時刻不同、采 樣晶振偏差以及數(shù)據(jù)發(fā)送、接收的傳輸時間差，必然造成采樣時刻的差異。為保證差動保護計算的正確性，必須保證所計算的各端電氣量的采樣數(shù)據(jù)同步。為了實現(xiàn)各側的采樣數(shù)據(jù)同步，可采用的方法有I、各個裝置接入外部對時信號，如GPS脈沖或B碼，裝置以外部對時信號為基準，將采樣數(shù)據(jù)打上時標，實現(xiàn)各個裝置的數(shù)據(jù)同步，滿足變壓器保護的要求。2、各個裝置不接入外部對時信號，采用特定軟件算法，實現(xiàn)各個裝置的數(shù)據(jù)同步，滿足變壓器保護的要求。軟件算法采用目前普遍采用的等腰梯形算法。等腰梯形算法原理基于數(shù)字通道的同步調整計算全都建立在收發(fā)數(shù)據(jù)延時相等的“等腰梯形算法”的數(shù)學模型上。如圖3所示在該圖等腰梯形中，若從側已知梯形的上底及下底的長度，運用幾何知識容易求得主側數(shù)據(jù)幀發(fā)送點Tml在從側所對應的同時刻ATm/時刻。也就是說，從側通過簡單計算就可知道對側數(shù)據(jù)幀發(fā)送時間與本側時標的關系。具體處理過程如下每側保護裝置需記憶以下內容上次發(fā)送數(shù)據(jù)的時刻與最近的接收時刻的間隔時間Λ t2 = t2-Tm0, At1 = t「Tn2，并將Tn(l、Δ t2利用數(shù)字通道傳遞過來，發(fā)送數(shù)據(jù)間隔為固定時間，設為T (本裝置每周波采樣24點，每個采樣周期向對側發(fā)送一幀數(shù)據(jù))，則在從側的h時刻可求出對側數(shù)據(jù)發(fā)送時刻V = [(Tn2-Tn0+At1)+ (T-At2)]/2(I)通道傳輸延時td的計算公式如下td = [ (Tn2-Tn0+ Δ - (T- Δ t2) ] /2(2)從側與主側采樣時刻偏差Atsa = (Tn2-Tm/ )/T 取余數(shù)(3)若a<T/2，則Ats取 a;則從端滯后主端 I Ats| ;若a>T/2，Ats 取 _|T_a|，則從端超前主端I Atsl ;根據(jù)從側與主側的采樣時刻偏差I Ats I，從側作出相應的調整，可達到同步采樣的目的。兩側采樣序號差ANum的計算公式如下
Δ Num =對側采樣序號_[本側采樣序號_取整((td_ Δ t) /T+0. 5) ] (4)如圖I所示的用于智能變電站的就地化變壓器保護系統(tǒng)，變壓器各側均對應設有邏輯單元，各邏輯單元分別對應放置在各側的開關柜中，各邏輯單元之間通過光纖互相連接；各邏輯單元分別用于完成對應側的一次數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)交互和后備保護邏輯判別的功能。以三圈變壓器為例子，變壓器保護的組成單元有高壓側邏輯單元，中壓側邏輯單元和低壓側邏輯單元。各個邏輯單元分別完成對應側的一次數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)交互、后備保護邏輯判別的功能。差動保護由其中一個邏輯單元完成。保護高壓側，中壓側，低壓側的順序自適應設定數(shù)據(jù)同步的基準側。在通信鏈路均正常的情況下，以高壓側為基準進行數(shù)據(jù)同步。在基準側和其他某側通信鏈路故障的情況下，短時由各個邏輯單元的守時功能保證數(shù)據(jù)的同步，之后自動轉換基準側，系統(tǒng)重新進行數(shù)據(jù)同步。持續(xù)發(fā)通道告警信號，提醒運行人員擇機選擇停電檢修。高壓側邏輯單元完成高壓側數(shù)據(jù)采集，高壓側斷路器跳閘，差動保護，高壓側后備保護等功能。
中壓側邏輯單元完成中壓側數(shù)據(jù)采集，中壓側斷路器跳閘，中壓側后備保護等功倉泛。低壓側保護裝置完成低壓側數(shù)據(jù)采集，低壓側斷路器跳閘，低壓側后備保護等功倉泛。各個邏輯單元通過光纖直接兩兩連接。變壓器差動保護由于計算各側電流的向量和，因此需要各側電流實現(xiàn)采樣同步。本發(fā)明專利的變壓器保護裝置，不接入外部對時信號，采用梯形軟件算法，實現(xiàn)各個裝置的數(shù)據(jù)同步，滿足變壓器差動保護的要求。系統(tǒng)按照高壓側，中壓側和低壓側的順序設置基準側。在通信鏈路均正常的情況下，以高壓側為基準進行數(shù)據(jù)同步。在基準側和其他側某一條通信鏈路故障的情況下，系統(tǒng)依靠各個邏輯單元的時鐘芯片的守時功能，維持短時的差動保護數(shù)據(jù)計算，并發(fā)通道異常告警信號，同時自動轉換其他側為基準側，系統(tǒng)重新進行數(shù)據(jù)同步。對于變壓器各側后備保護(包括高壓側后備保護，中壓側后備保護和低壓側后備保護)，模擬量取本側電流和電壓，不存在各側數(shù)據(jù)同步問題。因此，本方案的各側后備保護始終投入，不受通信鏈路的影響。變壓器各側邏輯單元就地放置于變壓器各側開關柜中，各側邏輯單元均通過光纖進行通訊。高壓側邏輯單元完成高壓側數(shù)據(jù)采集，高壓側斷路器跳閘，差動保護，高壓側后備保護等功能。中壓側邏輯單元完成中壓側數(shù)據(jù)采集，中壓側斷路器跳閘，中壓側后備保護等功能。低壓側邏輯單元完成低壓側數(shù)據(jù)采集，低壓側斷路器跳閘，低壓側后備保護等功能。
對于各側后備保護，各側邏輯單元獨立判別，不依賴數(shù)據(jù)同步。對于差動保護，差動電流的計算需要進行數(shù)據(jù)同步。本設計方案除了能實現(xiàn)各邏輯單元數(shù)據(jù)同步之外，還能實現(xiàn)同步數(shù)據(jù)冗余，保證任意一個通訊鏈路損壞，系統(tǒng)不退出差動保護。實現(xiàn)的步驟為(I)設置基準側的順序為H側(即高壓側)，M側(即中壓側)，L側(即低壓側)。(2)系統(tǒng)檢測H側和其他兩側(M側及L側)的檢測通訊鏈路是否正常時，系統(tǒng)自動以H側為同步基準，M側及L側調整采樣數(shù)據(jù)，實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)同步。(3)系統(tǒng)檢測到H側與其他側的任意一路通訊鏈路異常時，則按順序檢測M側是否和其他兩側(H側及L側)的通訊鏈路是否正常，如果正常，則系統(tǒng)以M側為基準，實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)同步。(3)系統(tǒng)檢測到H側和M側均與其他側通訊鏈路異常，則系統(tǒng)以L側為基準，實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)同步。(4)系統(tǒng)檢測到H側、M側和L側 均存在通訊鏈路異常的情況，表示系統(tǒng)至少有兩路通訊鏈路異常，則閉鎖差動保護。傳統(tǒng)上的變壓器保護將各側的模擬量及開關量通過長電纜引入到集中放置的變壓器保護裝置中。這種實現(xiàn)方式不但因需要建設主控室放置保護裝置，占用大量土地，而且二次長電纜也威脅到保護的正常可靠運行。本發(fā)明專利順應智能變電站的發(fā)展需要，實現(xiàn)了變壓器的就地化，并巧妙地解決了差動保護的數(shù)據(jù)同步問題和可靠性問題，具有發(fā)明創(chuàng)造性。以上實施例僅用以說明而非限制本發(fā)明的技術方法，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解對本發(fā)明進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍的任何修改或局部替換，均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.用于智能變電站的就地化變壓器保護系統(tǒng)，其特征在于，變壓器各側均對應設有邏輯單元，各邏輯單元分別對應放置在各側的開關柜中，各邏輯單元之間通過光纖互相連接；各邏輯單元分別用于完成對應側的一次數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)交互和后備保護邏輯判別的功能。
2.根據(jù)權利要求I所述的用于智能變電站的就地化變壓器保護系統(tǒng)，其特征在于，所述變壓器各側包括高壓側，中壓側和低壓側。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于智能變電站的就地化變壓器保護系統(tǒng)，對于變壓器保護而言，由于需要采集變壓器各側的模擬量及開關量，傳統(tǒng)上的變壓器保護將各側的模擬量及開關量通過長電纜引入到集中放置的變壓器保護裝置中。而本發(fā)明取消主控室，保護就地化放置，利用通訊網絡技術，提出了對應的網絡數(shù)據(jù)傳輸方案，巧妙的解決了就地化安裝的變壓器保護實現(xiàn)方案的關鍵技術問題。并通過冗余設計，在識別出通訊網絡故障后，發(fā)出告警信息的同時，能通過網絡切換技術自愈，維持保護的正常運行，解決了通訊網絡故障影響變壓器保護可靠運行的問題。
文檔編號H02H7/04GK102916394SQ20111044070
公開日2013年2月6日 申請日期2011年12月24日 優(yōu)先權日2011年12月24日
發(fā)明者余高旺, 楊恢宏, 樊占峰, 李富生, 雷振鋒, 倪傳坤, 鄧茂軍 申請人:許繼集團有限公司, 許繼電氣股份有限公司, 許昌許繼軟件技術有限公司, 國家電網公司